JP2010272598A - Semiconductor device, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、抵抗素子を備える半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a resistance element and a manufacturing method thereof.
半導体装置における抵抗素子として、ポリシリコン抵抗を使用した構造が知られている。ポリシリコンに不純物をドーピングすることにより、所定の抵抗値を得ることができる。例えば、特許文献1には、半導体装置におけるポリシリコン抵抗素子として、MOSFET(Metal−Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)のポリシリコンからなるゲート電極と同じ製造工程で、フィールド絶縁膜上に形成する技術が開示されている。 A structure using a polysilicon resistor is known as a resistance element in a semiconductor device. A predetermined resistance value can be obtained by doping polysilicon with impurities. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a polysilicon resistance element in a semiconductor device is formed on a field insulating film in the same manufacturing process as a gate electrode made of polysilicon of a MOSFET (Metal-Oxide Field Effect Transistor). Has been.
一方、LSIの微細化の進展にともない、各MOSFETを構成するポリシリコンゲート電極の空乏化による駆動電流の劣化が問題となっている。そこで、金属ゲート電極を用いることにより電極の空乏化を回避する技術が検討されている。例えば特許文献2には、金属ゲート電極を用いた構造の一つとして、High−k膜とポリシリコンゲート電極との間に金属ゲート電極を挿入したMIPS(Metal Inserted Poly−silicon Stacks)構造が開示されている。 On the other hand, with the progress of miniaturization of LSIs, there is a problem of deterioration of drive current due to depletion of polysilicon gate electrodes constituting each MOSFET. Therefore, a technique for avoiding depletion of the electrode by using a metal gate electrode has been studied. For example, Patent Document 2 discloses a MIPS (Metal Inserted Poly-Silicon Stacks) structure in which a metal gate electrode is inserted between a high-k film and a polysilicon gate electrode as one of the structures using a metal gate electrode. Has been.
特許文献1の技術では、ポリシリコン抵抗素子をMOSFETと同じ製造工程で形成する。このため、特許文献1の技術に、特許文献2のMIPS構造を単純に適用した場合、ポリシリコン抵抗素子の抵抗値が低下してしまうという問題を生ずる。これは、次のような理由による。 In the technique of Patent Document 1, the polysilicon resistance element is formed in the same manufacturing process as the MOSFET. For this reason, when the MIPS structure of Patent Document 2 is simply applied to the technique of Patent Document 1, there arises a problem that the resistance value of the polysilicon resistance element is lowered. This is due to the following reason.
図16(a)は、特許文献1と同様の構成を有するポリシリコン抵抗素子の構成を示す断面図である。図16(b)は、特許文献1の技術に、特許文献2のMIPS構造を単純に適用したと想定した場合のポリシリコン抵抗素子の構成を示す断面図である。 FIG. 16A is a cross-sectional view showing a configuration of a polysilicon resistance element having a configuration similar to that of Patent Document 1. FIG. FIG. 16B is a cross-sectional view showing a configuration of a polysilicon resistance element when it is assumed that the MIPS structure of Patent Document 2 is simply applied to the technique of Patent Document 1.
ポリシリコン抵抗素子を形成する場合、素子分離領域104上にポリシリコン106が形成される。この場合、図16(a)に示すように、ポリシリコン106に電流が流れる。しかし、図16(b)のポリシリコン抵抗素子では、ポリシリコン106の下に、金属電極114が存在するため、ポリシリコン106よりも低抵抗な金属電極114に大部分の電流が流れてしまう。そのため、抵抗が低くなってしまう。
In the case of forming a polysilicon resistance element, a
本発明によれば、基板上に抵抗素子を備える半導体装置であって、前記抵抗素子は、金属膜と、前記金属膜の上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜の上に設けられたシリコン抵抗層と、からなることを特徴とする半導体装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a semiconductor device including a resistive element on a substrate, wherein the resistive element is provided on a metal film, an insulating film provided on the metal film, and the insulating film. There is provided a semiconductor device comprising a silicon resistance layer.
また、本発明によれば、基板上に抵抗素子を備える半導体装置の製造方法であって、前記基板の上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜の上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上にシリコン層を形成する工程を含み、前記抵抗素子は、前記金属膜、前記絶縁膜、及び前記シリコン層を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 In addition, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device including a resistance element on a substrate, the step of forming a metal film on the substrate, and the step of forming an insulating film on the metal film. And a step of forming a silicon layer on the insulating film, wherein the resistance element includes the metal film, the insulating film, and the silicon layer.
上記の構成によれば、抵抗素子を構成するシリコン抵抗層と金属膜との間に絶縁膜が介在するため、金属膜に電流が流れることを防ぐことにより、抵抗値の低下を防止することができる。 According to the above configuration, since the insulating film is interposed between the silicon resistance layer and the metal film constituting the resistance element, it is possible to prevent a decrease in the resistance value by preventing a current from flowing through the metal film. it can.
本発明によれば、基板上に抵抗素子を備える半導体装置において、シリコン抵抗素子の抵抗値の低下を防ぐことができる。また、抵抗素子の抵抗値の温度変化を小さくすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the resistance value of a silicon resistance element can be prevented in the semiconductor device provided with a resistance element on a board | substrate. Moreover, the temperature change of the resistance value of the resistance element can be reduced.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1実施形態の半導体装置1を示す断面図である。半導体装置1は、基板10上にN+抵抗素子100及びP+抵抗素子102を備える。本実施形態において、基板10は半導体基板である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device 1 according to the first embodiment. The semiconductor device 1 includes an N + resistance element 100 and a P + resistance element 102 on a
N+抵抗素子100は、基板10の上に設けられたゲート絶縁膜65と、ゲート絶縁膜65の上に設けられた金属膜28と、金属膜28の上に設けられた絶縁膜30と、絶縁膜30の上に設けられたN+のシリコン層(シリコン抵抗層)35と、からなる。本実施形態においてN+抵抗素子100は、金属膜28の下に位置するゲート絶縁膜65を有している。ゲート絶縁膜65は、素子分離絶縁膜14上に形成されている。
The N + resistance element 100 includes a gate insulating film 65 provided on the
N+抵抗素子100は、シリコン層の上に互いに間隔を隔てて配置されたコンタクトプラグ80(第1のコンタクトプラグ)およびコンタクトプラグ82(第2のコンタクトプラグ)を有している。コンタクトプラグ80とシリコン層の間、およびコンタクトプラグ82とシリコン層(シリコン抵抗層)35の間にはシリサイド層72が介在している。ただし平面視においてシリコン層35のうちコンタクトプラグ80,82の相互間に位置する領域には、シリサイド層72は形成されていない。
The N + resistance element 100 has a contact plug 80 (first contact plug) and a contact plug 82 (second contact plug) that are spaced apart from each other on the silicon layer. A
P+抵抗素子102は、基板10の上に設けられたゲート絶縁膜65と、ゲート絶縁膜65の上に設けられた金属膜28と、金属膜28の上に設けられた絶縁膜30と、絶縁膜30の上に設けられたP+のシリコン層(シリコン抵抗層)37と、からなる。
The P + resistance element 102 includes a gate insulating film 65 provided on the
P+抵抗素子102は、シリコン層37の上に互いに間隔を隔てて配置されたコンタクトプラグ80(第1のコンタクトプラグ)およびコンタクトプラグ82(第2のコンタクトプラグ)を有している。コンタクトプラグ80とシリコン層37の間、およびコンタクトプラグ82とシリコン層の間にはシリサイド層73が介在している。ただし平面視においてシリコン層37のうちコンタクトプラグ80,82の相互間に位置する領域には、シリサイド層73は形成されていない。
The P + resistance element 102 has a contact plug 80 (first contact plug) and a contact plug 82 (second contact plug) arranged on the
また、半導体装置1の基板10は、素子分離絶縁膜12、14が形成された素子分離領域と、トランジスタ等の能動素子が形成された素子形成領域とを有している。素子分離領域の少なくとも一部には、N+抵抗素子100及びP+抵抗素子102の少なくとも一方が形成されている。本図に示す例では、N+抵抗素子100及びP+抵抗素子102の双方が形成されている。素子形成領域には、NチャネルMOSFET、PチャネルMOSFETが形成されている。NチャネルMOSFET、PチャネルMOSFETは、金属ゲート電極である金属膜28を有する。
The
NチャネルMOSFETは、P型ウエル16、素子形成領域に設けられたゲート絶縁膜64と、ゲート絶縁膜64の上に設けられた金属膜28と、金属膜28の上に設けられたシリコン電極35と、エクステンション領域48と、Deep SD領域58とを含む。つまり、NチャネルMOSFETはMIPS構造を有している。シリコン電極35及びDeep SD領域58の上にはシリサイド層72が形成されている。NチャネルMOSFETのゲート電極66は、金属ゲート電極である金属膜28、シリコン電極35、及びシリサイド層72を有している。
The N-channel MOSFET includes a P-
PチャネルMOSFETは、N型ウエル18、素子形成領域に設けられたゲート絶縁膜65と、ゲート絶縁膜65の上に設けられた金属膜28と、金属膜28の上に設けられたシリコン層37と、エクステンション領域52と、Deep SD領域62とを含む。PチャネルMOSFETも、NチャネルMOSFETと同様にMIPS構造を有している。シリコン層37及びDeep SD領域62の上にはシリサイド層73が形成されている。PチャネルMOSFETのゲート電極67は、金属ゲート電極である金属膜28、シリコン層37、及びシリサイド層73を有している。
The P-channel MOSFET includes an N-
またPチャネルMOSFET及びNチャネルMOSFETは、それぞれ層間絶縁膜76に埋め込まれたコンタクトプラグ78に接続している。
The P-channel MOSFET and the N-channel MOSFET are connected to contact
次に、本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法について、図2〜図12の断面図を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the cross-sectional views of FIGS.
まず、図2(a)に示すように、基板10上に素子分離絶縁膜12、14を形成する。基板10には、例えばシリコン基板を用いることができる。素子分離絶縁膜12、14の形成方法は、STI(Shallow Trench Isolation)である。次いで、NチャネルMOSFETが形成される領域にP型ウエル16を形成し、PチャネルMOSFETが形成される領域にN型ウエル18を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, element
次に図2(b)に示すように、界面絶縁膜20として1.0nmの酸窒化膜を形成する。界面絶縁膜20は、例えば硫酸/過酸化水素水混合液、オゾン水、塩酸/オゾン水、熱酸化後によりシリコン酸化膜を形成した後に、プラズマ窒化を行うことにより形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, a 1.0 nm oxynitride film is formed as the
その後、図2(c)に示すように、La膜22を基板10全面にスパッタ法により形成する。La膜22の膜厚は、0.1nm以上、2.0nm以下の範囲である。LaはNチャネルMOSFETの閾値電圧制御用の金属である。La以外には、Dyを使用することも可能である。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, a
そして、図3(a)に示すように、レジストマスク24を形成する。その後、ウェット処理により、N型ウエル18上、および素子分離絶縁膜14上のLa膜を除去する。ウェット処理は、希釈塩酸を用いる。そして図3(b)に示すように、La膜の除去後、アッシング処理により、レジストマスク24を除去する。
Then, as shown in FIG. 3A, a resist mask 24 is formed. Thereafter, the La film on the N-
次に、図3(c)に示すように高誘電率ゲート絶縁膜26を形成する。高誘電率ゲート絶縁膜26は、例えばHfO2、ZrO2、HfSiON、La2O3、HfAlOから選ばれる絶縁膜である。膜厚は、1.0nm以上、5.0nm以下である。高誘電率ゲート絶縁膜26は、CVD法、AL(Atomic Layer)CVD法、スパッタ法のいずれかを用いて形成することができる。続いて、高誘電率ゲート絶縁膜26上に金属ゲート電極である金属膜28を形成する。金属膜28は、例えばTiN、W、TaN、TaSiN、Ru、TiAl、Alから選ばれる少なくとも一つの金属である。金属膜28の膜厚は、1.0nm以上、20.0nm以下である。
Next, a high dielectric constant
次に図4(a)に示すように、金属膜28上に絶縁膜30を形成する。絶縁膜30の材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、HfSiON、HfO2、ZrO2、HfAlO、Al2O3等を用いることができる。絶縁膜30の膜厚は、1〜20nmである。絶縁膜30の成膜方法としては、CVD法、スパッタ法等を用いることが可能である。
Next, as shown in FIG. 4A, an insulating
続いて、図4(b)に示すようにレジストマスク32を形成し、レジストマスク32に、N型ウエル18領域、及びP型ウエル16領域上に位置する開口部を形成する。次いで、図4(c)に示すように、レジストマスク32をマスクとしてエッチングを行うことにより、N型ウエル18領域及びP型ウエル16領域の絶縁膜30を除去する。この状態において、N型ウエル18領域及びP型ウエル16領域の金属膜28は絶縁膜30に被覆されていない。その後、レジストマスク32を除去する。
Subsequently, a resist
そして、図5(a)に示すように、N型ウエル18領域及びP型ウエル16領域の金属ゲート電極としての金属膜28上、及び絶縁膜30上を含む全面にシリコン層34を形成する。本実施形態におけるシリコン電極はアモルファスシリコンである。アモルファスシリコンの膜厚は、10nm以上、100nm以下である。シリコン層34の材料としては、ポリシリコンを用いてもよい。
Then, as shown in FIG. 5A, a
次に、図5(b)に示すようにレジストマスク36を形成する。レジストマスク36は、N型ウエル18領域及びP+抵抗素子を形成する領域それぞれに開口を有している。次いで、レジストマスク36をマスクとして、シリコン層34にP型不純物であるボロン(B)を注入する。注入条件は、例えばB 2keV 5E15atoms/cm2である。この時の注入量により、P+抵抗素子102の抵抗値を調整することができる。
Next, as shown in FIG. 5B, a resist
その後、レジストマスク36を除去した後に、図5(c)に示すようにレジストマスク38を形成する。レジストマスク38は、P型ウエル16領域及びN+抵抗素子を形成する領域それぞれに開口を有している。次いでレジストマスク38をマスクとして、シリコン層34にN型不純物であるリン(P)を注入する。注入条件は、例えばP 4keV 5E15atoms/cm2である。この時の注入量により、N+抵抗素子100の抵抗値を調整することができる。
Thereafter, after removing the resist
続いて、図6(a)に示すように、シリコン層34上にハードマスク40を成膜し、さらにハードマスク40上にレジストマスク42を形成する。ハードマスク40は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜から選ばれる膜である。
Subsequently, as shown in FIG. 6A, a
次に、Dryエッチング及びWet処理により、図6(b)に示すようにNチャネルMOSFETおよびPチャネルMOSFETのゲート電極66,67、N+抵抗素子100、及びP+抵抗素子102を形成する。
Next, by dry etching and wet processing,
そして、シリコン窒化膜をALCVD法より形成し、図7(a)に示すように、ゲート電極66,67、N+抵抗素子100、及びP+抵抗素子102にオフセットスペーサー44を形成する。オフセットスペーサー44は、シリコン酸化膜もしくは、シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層構造でもよい。
Then, a silicon nitride film is formed by ALCVD, and an offset spacer 44 is formed on the
その後図7(b)に示すように、レジストマスク46によりN型ウエル18、N+抵抗素子100、及びP+抵抗素子102を覆った後、P型ウエル16のNチャネルMOSFET形成領域に、エクステンション領域48をイオン注入により形成する。注入条件は、例えばBF2 50keV 3E13atoms/cm2 30度、As 2keV 8E14atoms/cm2 0度である。
Thereafter, as shown in FIG. 7B, after covering the N-
続いて図8(a)に示すように、同様にレジストマスク50によりP型ウエル16、N+抵抗素子100、及びP+抵抗素子102を覆った後、N型ウエル18に、エクステンション領域52をイオン注入により形成する。注入条件は、例えばAs 50keV 3E13atoms/cm2 30度、BF2 3keV 8E14atoms/cm2 0度である。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, similarly, after covering the P-
次に、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜を成膜し、ドライエッチングにより、図8(b)に示すように、サイドウォールスペーサー54を形成する。
Next, a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed, and
その後図9(a)に示すように、レジストマスク56によりN型ウエル18、N+抵抗素子100、及びP+抵抗素子102を覆った後、P型ウエル16に、Deep SD領域58をイオン注入により形成する。注入条件は、例えばGe 30keV 5E14atoms/cm2 0度、As 15keV 3E15atoms/cm2 0度、P 20keV 5E13atoms/cm2 0度である。
Thereafter, as shown in FIG. 9A, the N-
続いて図9(b)に示すように、同様にレジストマスク60によりP型ウエル16、N+抵抗素子100、及びP+抵抗素子102を覆った後、N型ウエル18に、DeepSD領域62をイオン注入により形成する。注入条件は、例えばGe 30keV 5E14atoms/cm2 0度、B 7keV 5.0E13atoms/cm2 0度、BF2 9keV 2E15atoms/cm2 0度である。
Subsequently, as shown in FIG. 9B, similarly, after covering the P-
そして、レジストマスク60を除去した後、熱処理を行い、エクステンション、Deep SD領域を活性化させる。熱処理条件は、例えば1050℃、略0秒である。この時、NチャネルMOSFET形成領域のLaは、高誘電率ゲート絶縁膜26の中へ拡散する。これにより、NチャネルMOSFETには、La含有高誘電率絶縁膜27が形成される。
Then, after removing the resist
次に、図10(a)に示すように、シリサイドブロック層68を成膜する。シリサイドブロック層68は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜積層膜から選択される絶縁膜である。
Next, as shown in FIG. 10A, a
その後、図10(b)に示すように、レジストマスク70により、シリサイドを形成しない領域をマスクする。シリサイドを形成しない領域とは、例えば各抵抗素子の上面であって、かつ各抵抗素子に後述するコンタクトが形成されない領域である。
Thereafter, as shown in FIG. 10B, a region where no silicide is formed is masked with a resist
そして、図11(a)に示すように、レジストマスク70をマスクとしてドライエッチングを行うことにより、シリサイドブロック層68を選択的に除去する。その後、レジストマスク70を除去する。
Then, as shown in FIG. 11A, the
次に、図11(b)に示すように、シリサイド層72,73を形成する。シリサイド層72,73は、NiSiを用いる。シリサイド層72,73の形成方法は以下の通りである。まず、NiPt膜を全面にスパッタ法により形成し、熱処理により、1次シリサイド層を形成した後、余剰NiPt膜を王水により除去する。更に熱処理を施すことにより、2次シリサイド膜であるNiPtSi膜であるシリサイド層72,73が得られる。シリサイド層72,73としては、NiPtSiの他に、NiSi、PtSi等を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 11B, silicide layers 72 and 73 are formed. The silicide layers 72 and 73 use NiSi. The formation method of the silicide layers 72 and 73 is as follows. First, a NiPt film is formed on the entire surface by sputtering, a primary silicide layer is formed by heat treatment, and then the excess NiPt film is removed with aqua regia. Further, by performing heat treatment, silicide layers 72 and 73 that are NiPtSi films that are secondary silicide films are obtained. As the silicide layers 72 and 73, NiSi, PtSi, or the like can be used in addition to NiPtSi.
続いて、図12(a)に示すように、コンタクトエッチングストッパー膜74を成膜する。コンタクトエッチングストッパー膜74は例えばはシリコン窒化膜であり、その膜厚は10nm以上100nm以下である。そして、図12(b)に示すように、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜76を成膜する。さらに、コンタクトプラグ78、80、82を形成することにより、図1の半導体装置1が得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 12A, a contact
次に、本実施形態の作用効果を説明する。本実施形態におけるN+抵抗素子100は、シリコン層と金属膜28の間に、絶縁膜30が介在している。このため、第1のコンタクトプラグ80から第2のコンタクトプラグ82へ電流を流した場合、電流が金属膜28に流れることがなく、シリコン層35を流れる。したがって、N+抵抗素子100は抵抗値が下がることなく、抵抗素子として十分に使用可能である。本実施形態のP+抵抗素子102についても全く同様の効果を有する。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated. In the N + resistance element 100 in the present embodiment, an insulating
また、金属膜28に電流が流れずにシリコン層35のみに電流が流れることは、抵抗値の温度係数を極めて小さくできるという優れた効果をも有する。これは、金属の場合、シリコンに比べて抵抗率の温度係数が大きいため、シリコン層35と金属膜28の間に絶縁膜30が設けられていない構成では、大部分の電流が金属膜28に流れることにより、抵抗値の温度係数が大きくなるからである。
In addition, the current flowing only through the
本実施形態の抵抗素子は、シリコン層と金属膜28の間に、絶縁膜30が介在する点以外は、NチャネルMOSFET、PチャネルMOSFETと同様の構成を有する。このため、製造プロセスを複雑化することなく、素子形成領域におけるNチャネルMOSFET、PチャネルMOSFETと同時に製造可能である。したがって、製造コストを低減することができる。
The resistance element of the present embodiment has the same configuration as the N-channel MOSFET and P-channel MOSFET except that the insulating
なお、図16(b)において、特許文献1の技術に、特許文献2のMIPS構造を単純に適用する際、ポリシリコン抵抗素子に金属電極114を設けない構成とすることも考えられる。しかしながら、かかる構成では素子形成部に設けられたトランジスタ(不図示)に対して、ポリシリコン抵抗素子の高さが低くなってしまう。このような高さの違いは、その後の層間絶縁膜形成工程において段差を生じで悪影響を与える。さらに、製造プロセスが複雑になるという問題もある。
In FIG. 16B, when the MIPS structure of Patent Document 2 is simply applied to the technique of Patent Document 1, it may be considered that the polysilicon resistance element is not provided with the
これに対して本実施形態の抵抗素子では、シリコン層と金属膜28の間に、絶縁膜30が介在する点以外は、NチャネルMOSFET、PチャネルMOSFETと同様の構成を有するため、抵抗素子とMOSFETの高さは略同一であり、その後の工程に与える影響はない。
On the other hand, the resistance element of this embodiment has the same configuration as the N-channel MOSFET and P-channel MOSFET except that the insulating
(第2実施形態)
図13は、第2実施形態の半導体装置2を示す断面図である。半導体装置2は、素子分離絶縁膜14の上に、ヒューズ素子104をさらに備える点で、第1実施形態にかかる半導体装置1と異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 2 of the second embodiment. The semiconductor device 2 is different from the semiconductor device 1 according to the first embodiment in that a
本実施形態の半導体装置2におけるヒューズ素子104は、金属膜28と、金属膜28の上に設けられた絶縁膜30と、絶縁膜30の上に設けられたシリコン層34と、シリコン層34の上の少なくとも一部を覆うシリサイド層75と、を有する。本実施形態においてシリコン層34はノンドープシリコンである。本実施形態においてヒューズ素子104は、金属膜28の下に位置するゲート絶縁膜65を有している。ゲート絶縁膜65は、素子分離絶縁膜14上に形成されている。
The
ヒューズ素子104は、シリサイド層75上に、互いに間隔を隔てて配置されたコンタクトプラグ80(第1のコンタクトプラグ)およびコンタクトプラグ82(第2のコンタクトプラグ)を有する。コンタクトプラグ80とコンタクトプラグ82は、シリサイド層75により電気的に接続されている。
The
本実施形態の半導体装置2におけるヒューズ素子104は、シリコン層34がノンドープである点、およびシリサイド層75によりコンタクトプラグ80とコンタクトプラグ82が電気的に接続されている点で、N+抵抗素子100及びP+抵抗素子102と異なっている。それ以外は、N+抵抗素子100及びP+抵抗素子102と同様の構成である。
The
かかるヒューズ素子104において、コンタクトプラグ80とコンタクトプラグ82の間に過電流を流すと、発生した熱によりシリサイド層がダイシリサイド化して、高抵抗化し、ヒューズを切断するという動作をする。
In such a
このようなヒューズ素子においても、シリコン層34と金属膜28との間に、絶縁膜30が介在することで、電流が金属膜28に流れるのを防ぐことができる。絶縁膜30が無い場合には、シリサイド層75に過電流が流れにくくなるため、ヒューズが切断されにくい。また、ヒューズが切断された後も、金属膜28を介して、コンタクトプラグ間に電流が流れてしまう。本実施形態の構成によれば、かかる問題点も解決することができる。
Even in such a fuse element, the insulating
次に、半導体装置2の製造方法を説明する。
半導体装置2は、第1実施形態の半導体装置1と略同様のプロセスにより製造される。第1の実施形態に示した図2(a)〜図5(a)までの工程は、第1実施形態と同様である。ただし、シリコン層34にP型不純物を注入する工程(第1の実施形態における図5(b)に相当)において、図14(a)に示すように、ヒューズ素子形成領域をレジストマスク36で覆い、P型不純物を注入しない。同様に、シリコン層34にN型不純物を注入する工程(第1の実施形態における図5(c)に相当)において、図14(b)に示すように、ヒューズ素子形成領域をレジストマスク38で覆い、N型不純物を注入しない。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 2 will be described.
The semiconductor device 2 is manufactured by substantially the same process as the semiconductor device 1 of the first embodiment. The steps from FIG. 2A to FIG. 5A shown in the first embodiment are the same as those in the first embodiment. However, in the step of implanting P-type impurities into the silicon layer 34 (corresponding to FIG. 5B in the first embodiment), the fuse element formation region is covered with a resist
続いて、図6(a)〜図10(a)までの工程も、第1実施形態と同様の工程により製造を行う。そして、シリサイドブロック層68を形成する工程において、本実施形態では、ヒューズ素子のシリコン層34の上にはシリサイドブロック層を形成せず(図15(a))、ヒューズ素子にはシリサイド層75をシリコン層34の表面全面に形成する(図15(b))。その後の工程は、第1実施形態と同様である。
Subsequently, the processes from FIG. 6A to FIG. 10A are also performed by the same processes as in the first embodiment. In the step of forming the
なお、本実施形態では、ヒューズ素子のシリコン層34の表面全面にシリサイド層75を形成する例を示したが、コンタクトプラグ80とコンタクトプラグ82を電気的に接続する範囲であれば、シリコン層34の表面全面に形成する必要はないことは言うまでもない。
In the present embodiment, the silicide layer 75 is formed on the entire surface of the
1,2 半導体装置
10 半導体基板
12 素子分離絶縁膜(STI)
14 素子分離絶縁膜(STI)
16 P型ウエル
18 N型ウエル
20 界面絶縁膜
22 La膜
24、32、36、38、42、46、50、56、60,70 レジストマスク
26 高誘電率ゲート絶縁膜
27 La含有高誘電率ゲート絶縁膜
28 金属膜
30 絶縁膜
34、35,37 シリコン層
40 ハードマスク
44 オフセットスペーサー
48 エクステンション領域
52 エクステンション領域
54 サイドウォールスペーサー
58 Deep SD領域
62 Deep SD領域
64 ゲート絶縁膜
65 ゲート絶縁膜
66 ゲート電極
67 ゲート電極
68 シリサイドブロック層
72,73,75 シリサイド層
74 コンタクトエッチングストッパー膜
76 層間絶縁膜
78 コンタクトプラグ
80 コンタクトプラグ
82 コンタクトプラグ
100 N+抵抗素子
102 P+抵抗素子
104 ヒューズ素子
1, 2
14 Device isolation insulating film (STI)
16 P-type well 18 N-type well 20
Claims (10)
前記抵抗素子は、
金属膜と、
前記金属膜の上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に設けられたシリコン抵抗層と、
からなることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising a resistive element on a substrate,
The resistance element is
A metal film,
An insulating film provided on the metal film;
A silicon resistance layer provided on the insulating film;
A semiconductor device comprising:
前記絶縁膜はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、HfSiON、HfO2、ZrO2、HfAlO、Al2O3から選ばれる少なくとも一つを有する半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device has at least one selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, HfSiON, HfO 2 , ZrO 2 , HfAlO, and Al 2 O 3 as the insulating film.
前記抵抗素子は、前記基板と前記金属膜との間に位置するゲート絶縁膜をさらに含むことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the resistance element further includes a gate insulating film located between the substrate and the metal film.
前記基板は、素子分離領域と素子形成領域とに区画されており、
前記素子分離領域の少なくとも一部に前記抵抗素子を備え、
前記素子形成領域には、金属ゲート電極を有するMOSトランジスタをさらに備えることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The substrate is partitioned into an element isolation region and an element formation region,
The resistance element is provided in at least a part of the element isolation region,
The device forming region further includes a MOS transistor having a metal gate electrode.
前記MOSトランジスタは、
前記基板の前記素子形成領域に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に設けられた前記金属ゲート電極と、
前記金属ゲート電極の上に設けられたシリコン電極と、
を含むことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
The MOS transistor is
A gate insulating film provided in the element formation region of the substrate;
The metal gate electrode provided on the gate insulating film;
A silicon electrode provided on the metal gate electrode;
A semiconductor device comprising:
前記抵抗素子は、前記シリコン抵抗層の上に互いに間隔を隔てて配置された第1のコンタクトプラグおよび第2のコンタクトプラグを有し、前記第1および第2のコンタクトプラグと前記シリコン抵抗層の間にシリサイド層が介在することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The resistance element includes a first contact plug and a second contact plug that are spaced apart from each other on the silicon resistance layer, and each of the first and second contact plugs and the silicon resistance layer. A semiconductor device having a silicide layer interposed therebetween.
前記基板の上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にシリコン層を形成する工程を含み、
前記抵抗素子は、前記金属膜、前記絶縁膜、及び前記シリコン層を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a resistive element on a substrate,
Forming a metal film on the substrate;
Forming an insulating film on the metal film;
Forming a silicon layer on the insulating film;
The resistance element includes the metal film, the insulating film, and the silicon layer.
前記基板は、前記抵抗素子が少なくとも一部に形成される素子分離領域と、MOSトランジスタが形成される素子形成領域とに区画されており、
前記基板の上に前記金属膜を形成する工程は、前記素子分離領域において前記抵抗素子の金属膜を形成すると同時に、前記素子形成領域において前記MOSトランジスタの金属ゲート電極を形成する工程を含み、
前記金属膜の上に前記絶縁膜を形成する工程において、前記素子分離領域において前記抵抗素子の前記金属膜の上に前記絶縁膜を形成し、かつ前記金属ゲート電極の上に前記絶縁膜を形成せず、
前記絶縁膜の上に前記シリコン層を形成する工程は、前記素子分離領域において前記抵抗素子の前記絶縁膜の上にシリコン抵抗層を形成すると同時に、前記素子形成領域において前記MOSトランジスタの前記金属ゲート電極の上にシリコン電極を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7,
The substrate is partitioned into an element isolation region in which the resistance element is formed at least in part and an element formation region in which a MOS transistor is formed,
Forming the metal film on the substrate includes forming a metal film of the resistance element in the element isolation region and simultaneously forming a metal gate electrode of the MOS transistor in the element formation region;
In the step of forming the insulating film on the metal film, the insulating film is formed on the metal film of the resistance element in the element isolation region, and the insulating film is formed on the metal gate electrode Without
The step of forming the silicon layer on the insulating film includes forming a silicon resistance layer on the insulating film of the resistive element in the element isolation region and simultaneously forming the metal gate of the MOS transistor in the element forming region. Forming a silicon electrode on the electrode.
前記基板の上に前記金属膜を形成する工程の前に、前記基板の上にゲート絶縁膜を形成する工程をさらに含む、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7 or 8,
A method of manufacturing a semiconductor device, further comprising a step of forming a gate insulating film on the substrate before the step of forming the metal film on the substrate.
前記基板の上に前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記素子分離領域に前記金属膜の下に位置するゲート絶縁膜を形成すると同時に、前記素子形成領域に前記MOSトランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程を含む、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 9,
The step of forming the gate insulating film on the substrate forms a gate insulating film located under the metal film in the element isolation region and simultaneously forms a gate insulating film of the MOS transistor in the element forming region. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of:
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